
我所接触到的关于级数的问题(要求都是收敛,或者一致收敛的)一般是来源于某种逼近的概念。特别是通过简单项的重复来逼近某种复杂无法处理的函数。比如这样一种包含超越数的函数,我们可以用级数的形式展开:
后面这个记号是超几何级数的标准写法。显然,我们处理要方便得多。在一些求积分的问题中,找到适当的级数展开能够大大化简问题。目前特殊函数论已经发展得很丰富,以至于,我们完全可以把无穷级数当成一个正常的函数加以使用。毕竟,初等函数的数量是很少的,而且在实际问题中大量的都是复杂的函数。
从另一个角度来看,积分运算本身就源于级数。积分和都和某种收敛级数是对应。所以说,无穷级数当然是在这个体系内的。只不过,有时候教材中在引入积分概念的时候比较强调极限的概念。你换种角度,有限和的极限实际上就是级数。
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在黎曼积分的体系中,我找了这个例子:
计算的定积分。根据定义我们很容易可以有:
这和一般常见的级数确实不太一样。但是大体上,能够感受到有这样一种意思。但是右边这个有限求和对于一般的对象而言是极其困难的。所以,很少会有用积分的定义来计算的情况。
注:徐森林,薛春华 《数学分析 第一册》 2005。更多的例题可以在他们的书中找到。
在勒贝格积分的体系中,这种联系似乎更加多。
我们知道勒贝格积分关于其积分域具有可数可加性,也就是说:
若是互不相交的集族,满足:,则
现在我们来考察一类特殊的测度:计数测度。令,
根据计数测度性质,我们有:,即:每一个整数的测度为1。由积分域可数可加性得:
也就是说,选择一些特殊的测度能够使积分问题直接变成无穷的问题。而且在抽象积分中,很多关于级数的问题可以通过积分来导出。
注:这部分内容改编自:肖建中,李刚《抽象分析基础》清华大学出版社,2009。
而且我们要注意,在抽象积分中,其实测度定义本身已经蕴含了某种级数收敛性的要求了。
